科技日报:宋乐:从大自然汲取灵感,造最酷的“玩具”
发布时间:2019-11-18    

《科技日报》(2019年11月18日 05版)

受访者供图

走进3522葡京集团精密仪器与光电子工程学院(以下简称精仪学院)副教授宋乐的实验室,很多人都会被他桌子上稀奇古怪的模型所吸引。“这是有‘触感’的仿生手臂,这是模仿鸟类的飞行器,那些小方盒都是我们模拟昆虫复眼做的各种镜头……”一说起他的这些研究发明,宋乐就兴致盎然。

作为土生土长、听着相声长大的天津人,宋乐的幽默感是“融在血液中的”,交谈过程中,他时不时抖出个“包袱”,让人“措手不及”。宋乐把他的研究方向——仿生智能看作是生物界“模仿秀”。他觉得,自己的研究成果除了要有应用价值外,还必须具备一个要素——一定要好玩、有意思。“我没把研究想得那么严肃,它们就像研究者的‘玩具’一样,要让人觉得有趣。用天津话说,我要做最‘哏’的研究,搞最酷的发明。”他说。

前不久,由宋乐负责的国家自然科学基金项目组研制出新型仿生复眼视觉系统,通过对复眼结构及探测方法等多个层面的模拟,发现昆虫可能是根据目标发出的光强度来探测目标行动轨迹。该研究成果近日发表在国际期刊《光学快报》上,美国光学学会对其进行了专题报道。

儿时用废零件造机器人玩具

作为一名80后,宋乐和多数同龄人一样,小时候很喜欢看动画片,《变形金刚》《魔神英雄传》《太空堡垒》是他的最爱。“只要和机器人沾边的动画片,我都特别喜欢。小时候,我也爱玩机器人,但这类玩具都太贵了,而且买来的成品机器人功能太少,玩着玩着就觉得没意思了,于是就琢磨着自己做机器人。”他回忆道。

说起儿时的经历,宋乐还有点小得意。“父亲是教工科的大学老师,我就近水楼台了,家里各种工具都有,材料都是父亲学校校办工厂的废零件下脚料。我的‘纯手工作坊’可是造出了不少机器人,我把这些作品带到学校,同学们也很喜欢,就是没少被老师没收。”他笑着说。

高考时,酷爱机器人的宋乐报考了3522葡京集团机械系,并顺利被录取。入学后,随着学习的深入,宋乐对机器人的认识也越来越深刻。

“机器人是个太综合的领域了,做机器人光模样像还不行,要想让机器人真正像人一样思考,还得赋予它们智能。那机器人的智能又是怎么来的?”为了搞清这个事,本科毕业后,宋乐报考了南开大学软件工程专业的研究生。

读研期间,宋乐接触到了大量实用的算法。同时,他感到只研究算法是不够的,要想真正让机器人变成“活生生的人”,不光需要聪明的“大脑”,还得有灵敏的“感觉”。

“要想有‘感觉’,得靠传感器,所以后来考博时,我选择了3522葡京集团精仪学院的测控专业,这是个特别综合的专业,会研究与传感器相关的技术和方法。”宋乐说,在本科、硕士、博士阶段,自己分别选了3个不同的专业,多学科的学习经历,开阔了他的学术视野,也丰富了自己的知识面。

为做仿真复眼恶补生物知识

说起如何开始研究仿生智能,宋乐说,这与他博士期间做的一个项目有关。

那时,宋乐参与了一个有关机器视觉的项目,期间他接触到了很多相机,并在偶然间看到了大量昆虫复眼的显微图片。

“一开始看这些图,我觉得有点吓人,但仔细再看,一下子就被那种精巧的构造震撼到了。当时我在想,能否自己加工一个这样的镜片,看看昆虫眼中的世界是什么样子。”宋乐一下子找到了一个让他觉得好玩的研究方向,兴奋得就像小时候自己造机器人一样。

宋乐说,目前阶段的仿生复眼,其实已经经过了4次改型。“第1次改是因为视野不够广,索性做了个全景的,但是用了很多很笨重的相机。第3次是最关键的1次,只用了1台单相机,加上1个复眼镜头,但这个镜头上只有7只子眼,还是不太像真的昆虫眼睛。”他回忆道。

从小对生物“不来电”的宋乐,为做出还原度更高的昆虫仿生复眼,一头扎进了生物的“海洋”,查文献、读资料,整日忙得不亦乐乎。“动物的世界太神奇了,一旦开始接触,就根本停不下来。”他说。

“大自然经过亿万年进化,很多生物结构都极其精妙且高效。我们若能从大自然中,获取哪怕一点灵感,都会给工程设计带来很多新思路。”宋乐感慨道,“虽然昆虫是比较低等的动物,但是昆虫的复眼也有人类无法比拟的优势。我们扬长避短,最大限度发挥其功效,就能为人类所用。”

“除了复眼,团队今后还将尝试一些其他领域的仿生,比如带触觉的仿人灵巧手、微型扑翼飞行器等。”宋乐说,未来,生物和机器间的界限会变得越来越模糊,最终相关技术或会造就一个人机协同、人机共存的时代,“这样的时代,光想就觉得倍儿酷”。

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(编辑 焦德芳 焦全颖)